電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行概述

電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行概述不謀全局者不足以謀一域不謀萬世者不足以謀一時

內(nèi)容提要

1電力系統(tǒng)的主要特性2湖北電網(wǎng)概述3電網(wǎng)安全運行的三個層次4湖北電網(wǎng)安全運行風(fēng)險5國內(nèi)外重大電力系統(tǒng)事故介紹

6結(jié)語1.電力系統(tǒng)的主要特性關(guān)于電力系統(tǒng)

迄今為止最龐大最復(fù)雜的人造系統(tǒng)組成元件多分布范圍廣運行參數(shù)高運行特性復(fù)雜

發(fā)供用同步進行

頻率和電壓頻率對應(yīng)有功電壓對應(yīng)無功潮流的概念電網(wǎng)體系輸電發(fā)電配電變電用電調(diào)度新能源間歇性互動性2.湖北電網(wǎng)概述

（一）湖北省電力公司基本情況經(jīng)營區(qū)域：12個地級市、1個自治州、4個省直管單位，供電面積18.59萬平方公里供電客戶數(shù):1550萬戶供電服務(wù)客戶人數(shù)：5724萬人公司員工：4.85萬人2010年公司售電量1017億千瓦時,統(tǒng)調(diào)最大負荷22067兆瓦。

全社會用電量：1330億千瓦時（全國第11位），“十一五”年均增長11%；人均用電量:2325千瓦時/人,比全國平均水平少900千瓦時/人。電源裝機容量：4906萬千瓦（全國第7位），“十一五”年均增長12.3%；其中火電裝機：1815萬千瓦，水電裝機：3085萬千瓦，風(fēng)電裝機：5.72萬千瓦。（二）湖北電網(wǎng)2010年基本情況省內(nèi)水能資源得到充分開發(fā)火電機組“上大壓小”成果顯著接入500千伏的大型機組增多，同時出現(xiàn)首臺直接接入220千伏的60萬千瓦火電機組清潔能源規(guī)劃和建設(shè)得到逐步推進白蓮河抽水蓄能電站“十一五”全部建成投運

（三）“十一五”湖北電源發(fā)展狀況電網(wǎng)規(guī)模不斷擴大，有力支撐湖北經(jīng)濟社會發(fā)展

“十一五”末的全省110千伏及以上線路和變電容量分別是2005年的1.8倍和2.1倍，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和規(guī)模均發(fā)生了顯著變化，“十一五”相當(dāng)于再造了一個湖北電網(wǎng)。建成了全國第一個1000千伏輸變電工程和覆蓋全省的500千伏主體網(wǎng)架，各級電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展。滿足了“十一五”全省新增電源裝機2164萬千瓦上網(wǎng)和全社會新增用電542億千瓦時的需求，保證了經(jīng)濟社會的快速發(fā)展。（四）“十一五”湖北電網(wǎng)發(fā)展成就2005年500千伏電網(wǎng)規(guī)模火電廠水電廠抽蓄電站500kV變電站500kV開關(guān)站500kV換流站500kV交流線路±500kV直流線路圖例宜都至華東白鶴襄樊二期荊門三期咸寧木蘭陽邏三期漁峽恩施至重慶右二右一道觀河大吉大別山荊門特高壓十堰朝陽至南陽光谷白蓮河抽蓄軍山鋼都2010年500千伏電網(wǎng)規(guī)?；痣姀S水電廠抽蓄電站500kV變電站500kV開關(guān)站500kV換流站500kV交流線路±500kV直流線路圖例

新增500kV變電站新增1000kV變電站新增500kV交流線路新增1000kV交流線路新增±500kV直流線路湖北電網(wǎng)的經(jīng)典描述Ⅰ湖北電網(wǎng)已經(jīng)成為一個以500千伏電網(wǎng)為骨干、以220千伏電網(wǎng)為主體、110千伏及以下電網(wǎng)覆蓋全省城鄉(xiāng)、供電人口達到5700多萬的現(xiàn)代化大電網(wǎng)，是三峽外送的起點、西電東送的通道、南北互供的樞紐、全國聯(lián)網(wǎng)的中心。湖北電網(wǎng)的經(jīng)典描述Ⅱ加快構(gòu)建省內(nèi)“一大三受”骨干網(wǎng)架，即建設(shè)以接納特高壓電力為主的一個500千伏電能交換中部大網(wǎng)架，分別建設(shè)以武漢、宜昌、襄樊為中心的三個500千伏電力受端電網(wǎng)，并在此基礎(chǔ)上加強輸電和配電網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，使湖北電網(wǎng)具備更強的電力供需平衡和優(yōu)化配置能力。對武漢城市圈，必須研究進一步優(yōu)化500千伏電網(wǎng)，將鄂東500千伏雙環(huán)網(wǎng)擴建成“目”字形環(huán)網(wǎng)，實現(xiàn)大型電源分散接入，保證負荷中心電力供應(yīng)安全。對“宜荊荊”地區(qū)，必須研究進一步完善電網(wǎng)功能，保證豐水期能消納本地水電資源，枯水期能通過特高壓電網(wǎng)接受外部電力資源。對“襄十隨”地區(qū)，必須進一步研究既保證水電資源外送，又滿足本地負荷增長需求，形成水火互補的供電格局。湖北電網(wǎng)的經(jīng)典描述Ⅲ湖北缺煤、少油、乏氣，發(fā)電用煤的97%需要從外省購入，水電資源基本開發(fā)完畢，大型水電廠發(fā)電量按照國家統(tǒng)一計劃大量外送其他省市，全省用電量的60%以上依靠火電廠發(fā)電。這種能源結(jié)構(gòu)導(dǎo)致電力供應(yīng)長期受電煤制約，每年枯水季節(jié)供用電形勢嚴峻。

3.電網(wǎng)安全運行的三個層次18電力系統(tǒng)給排水系統(tǒng)運輸通訊系統(tǒng)醫(yī)院消防系統(tǒng)能源供給生命線工程與功能電網(wǎng)安全是電網(wǎng)發(fā)展的生命線

——帥軍慶[1]DL755-2001《電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導(dǎo)則》自從出現(xiàn)電力系統(tǒng)以來，如何保證其安全穩(wěn)定運行，就成為一個永恒的課題。是我國電力系統(tǒng)設(shè)計、建設(shè)、運行和管理的一件大事。為如何保障電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定制定了明確的規(guī)范。行業(yè)強制性標準[2]《電力安全事故應(yīng)急處置和調(diào)查處理條例》[3]

《輸電網(wǎng)安全性評價》和《城市電網(wǎng)安全性評價》三個重要文獻小擾動

正常運行大擾動后大擾動電網(wǎng)主設(shè)備的故障（N-1）具有一定概率的嚴重故障（N-2）不確定的嚴重故障擾動類型電力系統(tǒng)穩(wěn)定性是指電力系統(tǒng)受到事故擾動后保持穩(wěn)定運行的能力。將穩(wěn)定性的研究劃分：靜態(tài)穩(wěn)定、暫態(tài)穩(wěn)定、動態(tài)穩(wěn)定、電壓穩(wěn)定和頻率穩(wěn)定。靜態(tài)穩(wěn)定：電力系統(tǒng)受到小干擾后，不發(fā)生非周期性的失步，自動恢復(fù)到起始運行狀態(tài)的能力。暫態(tài)穩(wěn)定：電力系統(tǒng)受到大擾動后，各同步電機保持同步運行并過渡到新的或恢復(fù)到原來穩(wěn)態(tài)運行方式的能力。動態(tài)穩(wěn)定：電力系統(tǒng)受到小的或大的干擾后，在自動調(diào)節(jié)和控制裝置的作用下，保持長過程的運行穩(wěn)定性的能力。電壓穩(wěn)定:電壓穩(wěn)定是指電力系統(tǒng)受到小的或大的擾動后，系統(tǒng)電壓能夠保持或恢復(fù)到允許的范圍內(nèi)，不發(fā)生電壓失穩(wěn)的能力。電壓失穩(wěn)可表現(xiàn)為靜態(tài)失穩(wěn)、大擾動暫態(tài)失穩(wěn)及大擾動動態(tài)失穩(wěn)或中長期過程失穩(wěn)。穩(wěn)定性定義與分類的說明為了分析的方便，我們把電力系統(tǒng)運行狀態(tài)分為：正常狀態(tài)，警戒狀態(tài)，緊急狀態(tài)，極端緊急（失步）狀態(tài)，恢復(fù)狀態(tài)（電力系統(tǒng)穩(wěn)定控制技術(shù)導(dǎo)則）。電網(wǎng)運行狀態(tài)第一級標準：保持穩(wěn)定運行和電網(wǎng)的正常供電三級安全穩(wěn)定標準第二級標準：保持穩(wěn)定運行，但允許損失部分負荷第三級標準：當(dāng)系統(tǒng)不能穩(wěn)定運行時，必須防止系統(tǒng)崩潰并盡量減少負荷損失電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行三道防線電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行三道防線第一道防線—（合理的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)）快速可靠的繼電保護、有效的預(yù)防性控制措施，確保電網(wǎng)在發(fā)生常見的單一故障時保持電網(wǎng)穩(wěn)定運行和電網(wǎng)的正常供電，不損失電源和負荷；第二道防線—采用穩(wěn)控裝置及切機、切負荷等措施，確保電網(wǎng)在發(fā)生概率較低的嚴重故障時繼續(xù)穩(wěn)定運行，但允許損失部分電源和負荷；第三道防線—設(shè)置失步解列、頻率及電壓緊急控制裝置，當(dāng)電網(wǎng)遇到概率很低的多重嚴重事故而穩(wěn)定破壞時，依靠這些裝置防止事故擴大、防止大面積停電，并盡量減少負荷損失。特性分析：網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、潮流分布、電氣距離分析、短路容量分析、靜態(tài)穩(wěn)定極限分析，給出輸電能力和網(wǎng)架強度的評價，指出穩(wěn)定性質(zhì)和影響因素

總體評價：是否滿足三道防線要求

控制策略：根據(jù)系統(tǒng)的穩(wěn)定特性，提出必須采用的安全穩(wěn)定控制策略和相應(yīng)的控制措施。安全穩(wěn)定性總體評價和建議

確定系統(tǒng)某一元件（或斷面）最終的運行限額時，應(yīng)以各項穩(wěn)定限額中的最小值為準，并在留出一定的運行裕度。根據(jù)系統(tǒng)的穩(wěn)定特性，提出必須采用的安全穩(wěn)定控制策略和相應(yīng)的控制措施。在規(guī)劃設(shè)計階段，還應(yīng)分析對電網(wǎng)規(guī)劃方案的影響。安全穩(wěn)定性總體評價和建議輸電網(wǎng)安全性評價安全性評價是系統(tǒng)梳理電網(wǎng)安全隱患、有效防范電網(wǎng)安全風(fēng)險的重要手段。近年來，隨著電網(wǎng)快速發(fā)展，輸電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和特征發(fā)生了重大變化。輸電網(wǎng)安全性評價供對220千伏及以上電壓等級的電網(wǎng)進行安評。輸電網(wǎng)安全性評價2011年版對2003年版進行了換版。2011年版更加注重電網(wǎng)安全基礎(chǔ)和物理因素的評價，以對現(xiàn)存的安全隱患和薄弱環(huán)節(jié)進行系統(tǒng)梳理，有計劃地落實規(guī)劃發(fā)展、建設(shè)改造、調(diào)度運行、生產(chǎn)維護等整改治理和預(yù)防預(yù)警措施，實現(xiàn)超前防范大面積停電、重大設(shè)備損壞等事故風(fēng)險。輸電網(wǎng)安全性評價第二章：電網(wǎng)結(jié)構(gòu)與現(xiàn)狀電源電網(wǎng)結(jié)構(gòu)短路電流靜態(tài)安全水平穩(wěn)定水平無功補償工頻過電壓風(fēng)電輸電網(wǎng)安全性評價第三章：調(diào)度運行與計劃調(diào)度運行分析電網(wǎng)負荷預(yù)測檢修計劃工作電能計劃工作安全校核和風(fēng)險評估輸電網(wǎng)安全性評價第四章：運行方式運行方式及穩(wěn)定管理電網(wǎng)安全自動裝置無功及電壓管理發(fā)電機組、發(fā)電廠機網(wǎng)協(xié)調(diào)4.湖北電網(wǎng)安全運行風(fēng)險湖北電網(wǎng)安全運行十大風(fēng)險（一）低頻振蕩問題更為復(fù)雜

（二）多重復(fù)雜故障應(yīng)對能力不強

（三）特高壓電網(wǎng)建設(shè)初期尚不堅強

（四）電磁環(huán)網(wǎng)誘發(fā)相繼故障

（五）局部短路電流超標

湖北電網(wǎng)安全運行十大風(fēng)險（六）過渡方式下電網(wǎng)穩(wěn)定水平下降

（七）機組涉網(wǎng)安全技術(shù)不完善

（八）局部電網(wǎng)抵御自然災(zāi)害能力不強

（九）二次設(shè)備引起電網(wǎng)事故擴大

（十）自動化水平不適應(yīng)電網(wǎng)運行控制要求

湖北電網(wǎng)典型風(fēng)險湖北電網(wǎng)的幾種典型風(fēng)險例舉如下。1、供電能力不足

為滿足鄂州電網(wǎng)供電要求，2012年鄂州二期接鳳變的一臺60萬千瓦機組需改回光谷變，屆時，鳳咸片最大供電能力285萬千瓦（=鳳變2×75+咸變2×75+蒲圻廠2×30-75），穩(wěn)控極限為274萬千瓦。

2010年鳳咸片最大負荷225萬千瓦，預(yù)計2012年最大負荷285萬千瓦（年均增長12.5%），超過穩(wěn)控極限。（一）鳳凰山、咸寧供區(qū)運行風(fēng)險孫田2、鳳珞Ⅰ、Ⅱ回雙回同塔風(fēng)險

珞珈山變兩回電源均從鳳凰山變引接，線路長度2×23公里，為架空電纜混合線路，其中雙回同塔線路長度2×9公里，存在全停風(fēng)險。珞珈山鳳凰山圖示綠色區(qū)域為單回架設(shè)，紅色區(qū)域為同桿雙回架設(shè)，黃色區(qū)域為電纜敷設(shè)。（一）鳳凰山、咸寧供區(qū)運行風(fēng)險

3、鳳關(guān)ⅠⅡ回輸送壓力大

運行極限為52萬千瓦。2010年最大潮流46萬千瓦；預(yù)計2012年巡司河、關(guān)山兩變電站（含轉(zhuǎn)供）負荷最大負荷超過70萬千瓦，鳳關(guān)雙回最大潮流為50萬千瓦；2013年最大潮流為55萬千瓦，超極限。（一）鳳凰山、咸寧供區(qū)運行風(fēng)險極限：522010年潮流：462012年潮流：502013年潮流：55單位：萬千瓦（二）光谷、鋼都供區(qū)運行風(fēng)險1、短路電流超標受短路容量限制，2009年光鋼供區(qū)與鳳咸供區(qū)解環(huán);2011年鄂州電網(wǎng)與黃石電網(wǎng)解環(huán)。1、新洲、麻城、紅安三縣（市、區(qū)）供電斷面受限

考慮金臺Ⅰ母故障，以陽金Ⅱ回輸送能力為熱穩(wěn)極限（該線路為-2×300導(dǎo)線，最大輸送能力43萬千瓦）。

2010年三縣負荷44萬千瓦；預(yù)計2012年負荷55萬千瓦，超極限。（三）武漢江北供區(qū)運行風(fēng)險單位：萬千瓦極限：432010年潮流：442012年潮流：551、興隆供區(qū)供電能力不足

目前穩(wěn)控極限為93萬千瓦。2010年荊州東部最大負荷114萬千瓦，興隆下網(wǎng)97萬千瓦；預(yù)計2012年荊州東部負荷135萬千瓦，需興隆下網(wǎng)115萬千瓦；2013年興隆下網(wǎng)130萬千瓦。（四）興隆、江陵、雙河供區(qū)運行風(fēng)險3、監(jiān)利、洪湖兩縣市供電斷面受限

N-1極限為24萬千瓦。

2010年監(jiān)利、洪湖兩縣市最大負荷26萬千瓦；預(yù)計2012年、2013年最大負荷分別為32萬千瓦、36萬千瓦，均超極限。2、京山、天門兩縣市供電斷面受限

N-1極限為48萬千瓦。2010年京山、天門兩縣市最大負荷37萬千瓦；預(yù)計2012年、2013年最大負荷分別為46萬千瓦、52萬千瓦，2013年超極限。極限：482010年潮流：372012年潮流：462013年潮流：52

興隆供區(qū)極限：932010年潮流：972012年潮流：1152013年潮流：130極限：242010年潮流：262012年潮流：322013年潮流：36單位：萬千瓦新港40+31.5路口變?yōu)觚?0+20回龍20+20楊鷹嶺20寶塔40黃州31.5+25黃州區(qū)至浠水變大吉變至薄刀峰至陽邏電廠城北黃州牽引站20五甲50+50南湖2+2堵城3.15+2陶店3.15+2運行問題N－1影響網(wǎng)絡(luò)問題變電站（線路）對策分析解決時間城北220kV禹王變新建（里程碑）2012-11變電站（線路）N-1故障類別對策分析

路城線110線路220kV禹王變新建※“N-1”故障可能引起大面積停電的問題※重載變電站和線路網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)問題110kV變電站35kV變電站單線寶塔堵城、陶店、南湖單變城北、寶塔、楊鷹嶺83%損失負荷15MW禹王變180+180縣域電網(wǎng)風(fēng)險分析5.國內(nèi)外重大電力系統(tǒng)事故介紹46

受暴風(fēng)雨和雷電襲擊，伊泰普水電站交流送出系統(tǒng)中的兩回750千伏輸電線跳閘，然后由于過載第三回線路幾